ES2204835T3

ES2204835T3 - Plancha compuesta estratificada modelable, procedimiento de fabricacion de dicha plancha y piezas de carroceria de automoviles obtenidas.

Info

Publication number: ES2204835T3
Application number: ES01907807T
Authority: ES
Inventors: Michel Sanadres; Philippe Charbonnet
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: BG106980A; EP1263576B1; DE60100569T2; CZ20022801A3; SK11642002A3; WO2001062490A1; US20030031853A1; CA2402361A1; MXPA02007870A; DE60100569D1; FR2805200A1; HRP20020677A2; JP2003523853A; ATE246598T1; EP1263576A1; BR0108404A; PT1263576E; BG64354B1; PL357344A1; TR200300563T3

Abstract

Plancha compuesta estratificada modelable que comprende dos paramentos en planchas metálicas unidas por un núcleo formado a partir de por lo menos una capa a base de materiales poliméricos que comprende por lo menos una capa textil continua de fibras poliméricas impregnada de por lo menos un material polímero de impregnación de la capa y de adherencia con dichos paramentos, caracterizada porque: - dichas fibras poliméricas son termoplásticas, - dicho material polimérico de impregnación y de adherencia es termoendurecido.

Description

Plancha compuesta estratificada modelable, procedimiento de fabricación de dicha plancha y piezas de carrocería de automóviles obtenidas.

La invención se refiere a una plancha compuesta estratificada modelable que comprende dos paramentos en planchas metálicas unidas por una capa a base de un material polímero formando el núcleo de la plancha compuesta así como un procedimiento de fabricación de dicha plancha y la utilización de una plancha compuesta de dicho tipo para la preparación de piezas de plancha formadas, por ejemplo por estampación, plegado o perfilado, después pintadas.

De forma general, la ventaja principal de las planchas compuestas estratificadas en relación con las planchas metálicas clásicas reside en la ganancia de peso que se consigue en la preparación de piezas que presentan unas especificaciones de resistencia mecánica predeterminadas; dicha ventaja es muy importante en las aplicaciones para automóviles.

La patente US 3382136 (UNION CARBIDE) describe unas planchas del tipo citado anteriormente cuyo núcleo es un material termoplástico seleccionado de entre el grupo que comprende las poliolefinas, las poliamidas, los polihidroxiéteres, los policarbonatos, los polímeros vinílicos como los poliestirenos, los poliacrílicos, los polimetacrilatos o los policloruros de vinilo.

Dicho documento indica que dichas planchas compuestas son mucho más fáciles de preparar por plegado que unas placas del mismo material plástico sin paramentos.

La solicitud de patente EP 108710 (CIBA GEIGY) describe asimismo unas planchas compuestas del tipo citado anteriormente cuyo núcleo es de un material termoplástico seleccionado de entre el grupo que comprende unas mezclas de copolímeros de propileno y de etileno y de copolímeros de propileno y de ácido carboxílico insaturado, y, eventualmente de unas poliolefinas como polipropileno, polietileno, polibutileno, poliisobutileno y/o polimetilpenteno; el material termoplástico puede contener:

-: unas cargas como talco o carbonato cálcico,

-: unos medios de refuerzo, como las fibras de vidrio, unas fibras de carbono o unas placas de mica,

-: unos aditivos clásicos de material polímero, como unos agentes estabilizadores, unos agentes anti-oxidantes.

La plancha compuesta descrita en dicho documento se destina esencialmente a unas aplicaciones eléctricas y no está prevista ninguna operación de utilización de dicha plancha en dicho documento.

El documento EP 184549 (SCHWEIZERISHE ALUMINIUM) describe asimismo unas planchas de dicho tipo cuyo núcleo polimérico se refuerza con unas fibras, como unas fibras de vidrio o unas fibras de carbono (página 2, líneas 57-60).

El documento US 3721597 (DOW) describe unas planchas de dicho tipo cuyo núcleo está estratificado en tres sub-capas: una sub-capa interna de material termoplástico, como un polietileno de alta densidad, situado entre dos sub-capas externas en material termoplástico termo-adhesivo, como un copolímero de etileno y de ácido acrílico. La temperatura de fusión de la sub-capa interna debe ser superior en por lo menos 14ºC a la de las sub-capas externas, par evitar fundir la sub-capa interna en el momento de la co-laminación y del ensamblaje por termopegado de la plancha compuesta estratificada.

Según dicho documento (col. 6, línea 63 a col. 7, línea 6-ejemplo IV), la sub-capa interna puede asimismo presentarse en forma de una capa textil, tejida o no tejida, compuesta de fibras termoplásticas como Nylon™ 66.

El documento PT 67259 (SOLVAY) describe asimismo unas planchas de dicho tipo (reivindicación 9) cuyo núcleo está constituido por una lámina poliolefina modificada comprendiendo entre 10 y 90% de fibras celulósicas. Según dicho documento, con dicho tipo de fibras, se obtiene una mejor adherencia entre la lámina poliolefina y los paramentos metálicos. Preferentemente, la materia poliolefina se presenta por ella misma en forma de fibras poliolefinas (reivindicación 7) de forma que el núcleo es entonces una capa textil integrando unas fibras poliolefinas y unas fibras celulósicas.

La solicitud de patente JP 62-019456 (Matsushita Electric Works) describe una plancha compuesta estratificada del tipo descrito anteriormente en cuyo núcleo presenta por lo menos tres sub-capas: una sub-capa central a base de resina termoplástica a un elevado contenido en temperatura, intercalada entre dos sub-capas externas comprendiendo por lo menos una capa textil pre-impregnado. La plancha compuesta estratificada descrita en la presente memoria se destina a unas aplicaciones electrónicas de soportes de circuitos impresos y no se adapta por una operación de modelado.

El documento FR 159770 (REICHOLD BECKACITE) describe asimismo una plancha compuesta estratificada del tipo descrito anteriormente cuyo núcleo se forma de una capa tejida o no tejida, por ejemplo unas fibras de vidrio o de fibras sintéticas, preimpregnadas de resina poliéster endurecible. La plancha obtenida se destina a la industria de la construcción y no se adapta por una operación de modelado.

La solicitud de patente AU 8941110 (SYMONDS R AUSTRALIA) describe unas planchas del tipo citado anteriormente cuyo núcleo está constituido por unas láminas fibrosas porosas preimpregnadas de una resina endurecible que sirve para conferir al núcleo sus propiedades cohesivas y adhesivas después de la aplicación de un ciclo de calentamiento. Las láminas fibrosas no son unas capas textiles y la plancha obtenida no se adapta por una operación de modelado.

Con el fin de mejorar la facilidad de utilización por estampación de las planchas del tipo descrito anteriormente, la solicitud de patente EP 115103 (SUMITOMO) describe asimismo unas planchas compuestas cuyo núcleo está estratificado en tres sub-capas de las que dos sub-capas externas presentan la particularidad de ser dúctiles y de no presentar el límite elástico en la curva contracción-deformación: para dichas sub-capas externas del núcleo, se puede utilizar por ejemplo caucho nitrilo, polietileno clorosulfonado, o poliuretano.

Las planchas compuestas estratificadas descritas en los documentos descritos anteriormente no se adaptan adecuadamente a la fabricación de piezas formadas y pintadas de carrocería de vehículo automóvil, en particular cuando la operación de utilización de pintura de dichas piezas comprende una etapa de tratamiento térmico de secado y/o de cocción de la pintura a unas temperaturas del orden de 160ºC.

El procedimiento de fabricación de dicha pieza comprende generalmente las etapas siguientes:

-: modelado, principalmente por estampación, de la plancha compuesta estratificada,

-: aplicación de pintura sobre la superficie de la pieza utilizada,

-: cocción de la pintura aplicada sobre la pieza en unas condiciones térmicas adaptadas para obtener el reticulado del ligando de dicha pintura.

Un modo clásico de aplicación de por lo menos una de las capas de pintura es la electrodeposición en un baño de cataforesis. Por lo tanto las pinturas aplicables por cataforesis necesitan generalmente unas cocciones a unas temperaturas superiores a 160ºC y pudiendo alcanzar los 220ºC. Sin embargo, a dichas temperaturas, el material polímero del núcleo de la plancha compuesta estratificada generalmente comienza a fluir, es decir a deslizarse, de forma que la pieza pintada obtenida después de la cocción presenta unos defectos prohibitivos para su utilización final.

En el caso de aplicación de pintura en polvo o en solución, el mismo problema de mantenimiento en temperatura se presenta cuando la cocción sobrepasa una temperatura de 160ºC.

Asimismo, el mal aspecto de las planchas compuestas estratificadas del tipo descrito anteriormente de unos ciclos de calentamiento cuando algunos de ellos sobrepasan la temperatura de 160ºC limita considerablemente el desarrollo de dichas planchas en el dominio del automóvil.

La solicitud de patente JP 62264941 (NIPPON STEEL) describe una plancha compuesta estratificada cuyo núcleo es a base de polipropileno que contiene menos de 60% de cargas fibrosas. Según dicho documento, dicha plancha se adapta bien para la fabricación de piezas pintadas de carrocería de automóvil, gracias a una buena estampación y una resistencia al calor compatible con el secado después de la colocación de la pintura. El material polímero del núcleo, cargado de fibras, presenta un índice de deslizamiento en el estado fundido de 0,01 a 0,6 g/10 min a una temperatura de 190ºC medido según la norma JIS 6758.

Para mejorar la estabilidad dimensional y térmica de las piezas formadas a partir de las planchas estratificadas de dicho tipo, el documento EP 547664 (HOOGOVENS) describe un procedimiento de utilización en el que, antes de la estampación, se precalienta la plancha compuesta entre la temperatura ISO/A y la temperatura de Vicat B del material del núcleo de la plancha.

La invención tiene como objetivo proponer una solución para el mal aspecto de las piezas en las planchas compuestas estratificadas del tipo descrito anteriormente a unos ciclos de calentamiento cuando su temperatura sobrepasa los 160ºC.

Para dicho propósito, la invención tiene como objeto una plancha estratificada modelable comprendiendo dos paramentos en planchas metálicas unidas por un núcleo formado de por lo menos una capa a base de materiales polímeros comprendiendo por lo menos una capa textil continuo de fibras de polímeros impregnados de por lo menos un material polímero de impregnación de la capa y de adherencia con dichos paramentos anteriores, caracterizado porque:

-: dichas fibras de polímeros son termoplásticas,

-: dicho material polímero de impregnación y de adherencia es termoendurecido.

Se entiende por capa textil continua, una capa tejida o no tejida extendiéndose sobre toda la superficie del núcleo; preferentemente, la capa es no tejida para evitar cualquier riesgo de marcado por transferencia de textura sobre los paramentos en el momento de las operaciones de modelado.

Preferentemente:

-: la capa textil continua presenta un alargamiento al corte en tracción superior al de los paramentos en planchas metálicas, preferentemente superior al 80%,

-: la capa textil presenta unas prolongaciones derivadas,

-: el peso del material termoendurecido de impregnación representa ventajosamente entre el 10 y el 90%, en particular entre el 30% y el 70% del peso total del núcleo.

El núcleo presenta un grosor homogéneo y superior a 0,1 mm y de masa volumétrica superior a 0,5 kg/ dm^{3}, lo que permite distinguirlo claramente de los paneles aislantes para edificios, generalmente de un núcleo de espuma de poliuretano,

-: los paramentos son de plancha de acero.

Gracias a la capa textil continua y al material de impregnación termoendurecido, se mejora muy sensiblemente el comportamiento en temperatura de la plancha compuesta. Gracias al carácter termoplástico de las fibras de dicha capa, la plancha compuesta es fácil de modelar, por ejemplo por plegado, estampado o perfilado. Gracias a los paramentos en metal y a la débil porosidad del núcleo, la plancha compuesta presenta unas buenas propiedades mecánicas, principalmente para ser utilizada para fabricar unas piezas de carrocería. Gracias al importante grosor que se puede proporcionar al núcleo, las piezas de carrocería obtenidas pueden ser más ligeras, con unas propiedades mecánicas equivalentes, a las de las piezas de carrocería clásicas en plancha de acero.

La invención tiene asimismo como objeto un procedimiento de utilización de la plancha según la invención para fabricar unas piezas para las carrocerías de automóviles. Dicho procedimiento comprende las etapas siguientes:

-: modelado de la pieza en plancha compuesta estratificada,

-: aplicación de pintura sobre la superficie de la pieza a la que se ha dado forma,

El modelado se lleva a cabo preferentemente por estampación, plegado o perfilado. La plancha según la invención resiste a unas condiciones severas de estampado y/o plegado y/o perfilado.

La aplicación de pintura se puede llevar a cabo por ejemplo por cataforesis, por proyección de polvo, o por revestimiento con una pintura líquida en solución o de una capa polímero fundido. La plancha según la invención se puede tratar a unas temperaturas superiores a 160ºC, preferentemente superiores a 180ºC, temperaturas que se alcanzan generalmente en el momento de la cocción de la pintura.

La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción siguiente, proporcionada a modo de ejemplo no limitativo.

Primero se describe la plancha compuesta estratificada modelable según la invención.

Cada paramento de la plancha según la invención está por lo tanto constituido por una plancha metálica de un grosor ventajosamente comprendido entre 0,1 mm y 1,5 mm, preferentemente comprendido entre 0,2 mm y 0,5 mm, por ejemplo del orden de 0,25 mm. Preferentemente, se seleccionan unas planchas en acero que presentan mejores propiedades mecánicas que unas planchas de aluminio, y se estampan más fácilmente. Dichas planchas de acero pueden estar desnudas, revestidas de una aleación metálica, tratadas con un compuesto mineral por ejemplo por cromado o por fosfatación, eventualmente aceitosas o revestidas con un material orgánico como un revestimiento orgánico delgado, una capa de pintura primaria, es decir una laca de acabado.

Se utiliza preferentemente una capa textil con prolongaciones que describe una capa del tipo de la que se obtiene por cardado de fibras, calandrado, y posteriormente derivación. Se entiende por derivación una operación de encastramiento de las fibras, por ejemplo por unos medios mecánicos o hidráulicos; dicha capa forma parte por lo tanto de los tejidos no tramados.

Las capas textiles utilizables para la aplicación de la invención pueden asimismo integrar unos compuestos conocidos, en forma de polvos o de fibras, adaptadas para mejorar su estabilidad o, por ejemplo, su conductividad eléctrica.

\newpage

Para la utilización de la invención, podrá manifestarse ventajoso utilizar una capa que presenta una masa superficial comprendida entre 100 g/m^{2} y 1500 g/m^{2}, preferentemente entre 250 g/m^{2} y 700 g/m^{2}.

Los materiales termoplásticos de las fibras utilizadas para dicha capa se seleccionan preferentemente entre el grupo comprendiendo las poliolefinas, tales como el polipropileno o el polietileno, los poliésteres, las poliamidas, los policarbonatos, las poliimidas, los poliacrílicos, los polimetacrílicos o los policloruros de vinilo. Dichos materiales termoplásticos pueden integrar unos aditivos clásicos, como unas cargas minerales o unos agentes plastificantes.

A título de ejemplos de capas textiles con derivaciones, se pueden citar los productos comerciales BESTER 30, TIMEX 40, TIMEX 60, o DUTEX 4140 THU de la compañía THARREAU y los productos comerciales PR200 y PR300 de la compañía SOMMER; dichas capas textiles de fibras termoplásticas se utilizan habitualmente para el drenaje de los suelos en maquinaria civil.

El material polímero de impregnación y de adherencia que es termoendurecido, se prepara a partir de una o diversas resinas termoendurecibles. En el marco de la presente invención, se entiende por resina termoendurecible, una resina o un compuesto cuyo peso molecular puede aumentar y que se puede reticular bajo el efecto del calor o de otro factor. De entre dichos otros factores, se pueden citar, a título no limitativo, la acción del agua, la adición de los catalizadores, la irradiación mediante un haz de electrones o por radiación UV, o bien mediante la mezcla con un endurecedor, así como cualquier procedimiento adaptado. Asimismo, el término termoendurecido indica clásicamente una resina termoendurecible que se puede reticular sin haber sido necesariamente calentada.

Dicha resina termoendurecible se selecciona preferentemente de entre el grupo que comprende las resinas epoxi, las resinas fenólicas como las resinas nitrilo-fenólicas y las resinas vinilo-fenólicas, las resinas poliuretanos, las resinas formaldehído-cetona, las resinas urea, las resinas melaninas, las resinas anilina, las resinas sulfonamida, las resinas álcides, las resinas de poliésteres insaturados, las resinas polibutadienos, las resinas bismaléimidas, las resinas de polivinilbutiral, las resinas isocianatos y las resinas poliamidas.

Preferentemente, el material termoplástico de las fibras es a base de polipropileno y el material polímero de impregnación y de adherencia es a base de resina epoxi.

Dicha resina termoendurecible puede contener en su núcleo un determinado número de compuestos químicos y/o metálicos y/o minerales, con el fin de mejorar las características de utilización o de empleo de la plancha según la invención.

\bullet los compuestos metálicos, tales como las cargas de zinc, de níquel o de fósforo de hierro, permitiendo, principalmente asegurar la conductividad eléctrica entre las dos planchas metálicas y de favorecer de este modo las operaciones de soldadura por puntos y de colocación de pintura que siguen a las operaciones de modelado.

\bullet los compuestos minerales, tales como las cargas de talco, de yeso, de cal, de sílice permitiendo principalmente mejorar el comportamiento en temperatura de la resina y asimismo de la capa textil en las operaciones de colocación de la pintura que puede suceder a las operaciones de modelado.

\bullet los compuestos químicos, tales como de las cargas elastoméricas y/o termoplásticas (tipo polipropileno, polietileno, poliamida...) permiten transformar en más dúctil y tenaz la resina termoendurecible y de este modo mejorar las operaciones de modelado y las propiedades mecánicas de la plancha compuesta según la invención.

De una forma conocida por si misma, se selecciona la resina termoendurecible para obtener a la vez una buena adherencia a los paramentos y una buena impregnación de la capa textil. Según el procedimiento de impregnación utilizado, dicha resina endurecible se puede presentar en forma pastosa, en forma líquida fundida o líquida en solución, en forma de polvo.

En determinados casos, la plancha según la invención puede comportar diversos tipos de resinas termendurecibles diferentes, en términos de química, de forma, etc... Asimismo, se podrá utilizar una primera resina para permitir una buena impregnación en el núcleo del tejido y una segunda resina para mejorar las propiedades de adherencia. Se puede asimismo prever de realizar una premezcla de dichas dos resinas antes de impregnar la capa textil.

El núcleo así formado de por lo menos una capa comprendiendo por lo menos una capa textil continuo impregnado del material polímero termoendurecido presenta un grosor generalmente comprendido entre 0,1 mm y 4 mm, preferentemente entre 0,2 mm y 2 mm para la preparación de piezas de carrocería de automóvil.

En dicho núcleo, el peso del material termoendurecido de impregnación representa ventajosamente entre 10% y 90%, preferentemente entre 30% y 70%, del peso total del núcleo.

La plancha compuesta estratificada modelable según la invención podría fabricarse mediante cualquier procedimiento adaptado. De este modo, se podrá proceder llevando a cabo las etapas siguientes:

-: se impregna una capa textil con la ayuda de una o diversas resinas termoendurecibles, cada resina se aplica de forma sucesiva o bien en una sola vez mediante una mezcla de resinas preparada con anterioridad,

-: se aplica una plancha metálica de cada lado de la capa preimpregnada,

-: se aplica, a la capa provista de este modo de sus dos paramentos de plancha, un tratamiento de endurecimiento adaptado al reticulado de la resina termoendurecible o de las resinas termoendurecibles para formar el material termoendurecido; dicho tratamiento puede ser térmico u otro tratamiento.

Sin embargo, los presentes inventores han constatado que se podía proceder ventajosamente de forma diferente. De este modo, otro objetivo de la invención está constituido por un procedimiento de fabricación de una plancha compuesta estratificada modelable según la invención, que comprende:

- un pre-encolado de una cara de por lo menos un paramento en plancha metálica con la ayuda de un material comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible,

y a continuación

- la aplicación de la cara pre-encolada de dicha plancha metálica sobre una capa textil eventualmente pre-impregnado con la ayuda de una o diversas resinas termoendurecibles, y después

- la aplicación de un segundo paramento en plancha metálica, eventualmente pre-encolado con la ayuda de un material comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible, sobre la otra cara de dicha capa textil, después

- un tratamiento de endurecimiento de la o de las resinas termoendurecibles utilizadas, adaptada al reticulado de la resina termoendurecible o de las resinas termoendurecibles para formar el material termoendurecido.

Gracias a dicha etapa de pre-encolado, se pueden optimizar las propiedades de adherencia de los diferentes componentes de la plancha según la invención. Efectivamente, en el caso de las operaciones de abordaje y de pegado, dicha o dichas resinas termoendurecibles aplicadas con anterioridad sobre las planchas metálicas permitirán no solamente asegurar las propiedades de adherencia de la capa textil sino que difundirán hacia el núcleo de la capa textil y llevando a cabo de este modo una impregnación más o menos importante. En determinados casos, dicha operación de pre-encolado puede sustituirse completamente por la operación anterior de impregnación de la capa textil que se utilizará por lo tanto en un estado no impregnado.

El pre-encolado podrá consistir en el revestimiento de una resina termoendurecible en estado viscoso que impregnará a continuación la capa textil en el momento de la aplicación del paramento sobre la misma.

Se podrá asimismo encolar un paramento con una mezcla comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible y por lo menos una materia termoplástica. Dicho modo de realización presenta la ventaja de que después del encolado del paramento se puede proceder a su secado lo que hace reticular la materia termoendurecible y solidificar la materia termoplástica. El paramento encolado de este modo puede a continuación almacenarse y ser después utilizado cuando sea necesario. Antes de aplicarlo sobre la capa textil, bastará calentarlo para fundir la materia termoplástica lo que permite asegurar la adhesión del paramento y de la capa.

Encontraremos a continuación una descripción más precisa de las etapas que se pueden utilizar en el procedimiento según la invención o en otro procedimiento permitiendo fabricar la plancha según la invención.

Etapa de pre-impregnación de la capa textil termoplástica por una o diversas resinas termoendurecibles

- Desenrollado de las bobinas de la capa textil;

- Impregnación de dicha capa mediante un dispositivo adaptado para dicho efecto por ejemplo mediante la utilización de los rodillos de revestimiento, de procedimientos de pulverización o de aspersión o de inmersión o por gravedad;

- en el caso del empleo de resinas líquidas en solución, calentamiento de la capa pre-impregnado de manera a eliminar los solventes o el agua; dicho calentamiento puede competir con la estabilización dimensional de la capa.

En determinados casos, para facilitar la operación de encolado, dicha capa pre-impregnado podrá ser calandrada antes de su secado completo lo que permite reducir su grosor antes de poner en marcha la etapa siguiente.

- Enrollamiento en forma de bobinas de la capa pre-impregnado de este modo.

Etapa de aplicación de los paramentos sobre las dos caras de la capa o no A- Ejemplo de un procedimiento discontinuo

- Desenrollado y recorte de las bobinas de planchas metálicas en flanes;

\newpage

- Pre-encolado eventual, con una o diversas resinas termoendurecibles, de la cara de la plancha que se pondrá en contacto con la capa textil. Dicho pre-encolado se lleva a cabo mediante unos dispositivos adaptados como los dispositivos roll-coat (rollo recubrimiento), de pulverización, de raspado, de recubrimiento de cordones, etc... A título de ejemplos, las cantidades de resinas termoendurecibles aplicadas pueden variar entre 10 y 400 g/m^{2} y preferentemente entre 50 y 200 g/m^{2};

- Desenrollado y recorte de las bobinas de los núcleos textiles en láminas pre-impregnadas o no;

- Posicionamiento de las láminas de los núcleos textiles entre los dos flanes de las planchas metálicas pre-encoladas o no;

- Colocación bajo presión del conjunto y la aplicación de las condiciones adaptadas para endurecer la o las resinas termoendurecibles de impregnación y de adherencia y eventualmente para que impregnen la capa textil;

-: en el caso de un endurecimiento a temperatura ambiente, los periodos de almacenaje bajo presión generalmente están comprendidos entre 12 horas y 7 días,

-: en el caso de un endurecimiento en caliente, los ciclos de calentamiento presentan generalmente unas temperaturas máximas comprendidas entre 60 y 200ºC y de unas duraciones desde 10 segundos a 60 minutos; se utiliza entonces una prensa térmica,

- Enfriamiento de las planchas compuestas estratificadas modelables preparadas de este modo.

B- Ejemplo de un procedimiento continuo

- Desenrollado de una bobina de núcleos textiles pre-impregnados o no entre dos bobinas de planchas metálicas, la velocidad de desenrollado está generalmente comprendida entre 1 y 20 m/min.

- Desenrollado de las bobinas de planchas metálicas en flanes eventualmente seguido de un pre-encolado de la cara de los flanes que se pondrá en contacto con la capa textil y la que se pondrá con unos o diversas resinas termoendurecibles. Dicho pre-encolado se lleva a cabo mediante unos dispositivos adaptados como unos dispositivos de roll-coat (rollo revestimiento), de pulverización, de raspado, de revestimiento de cordones, etc... A título de ejemplos, las cantidades de resinas termoendurecibles aplicadas pueden variar entre 10 y 400 g/m^{2} y preferentemente entre 50 y 200 g/m^{2};

- Calandrage en caliente del núcleo entre las dos planchas metálicas: temperatura generalmente comprendida entre 150 y 200ºC, durante unos periodos desde 3 a 300 segundos preferentemente entre 20 y 60 segundos;

- Enfriamiento y enrollamiento en bobinas de la banda de la plancha compuesta estratificada modelable obtenida.

Las principales ventajas de la plancha compuesta estratificada modelable obtenida son los siguientes:

- El núcleo textil termoplástico eventualmente con derivaciones aporta:

-: unas propiedades de ductilidad y de elasticidad necesarias para las operaciones de modelado, por ejemplo de plegado de engastadura, de perfilado y principalmente de estampado;

-: una buena aptitud para la impregnación con una resina orgánica, como el o los materiales adhesivos a base de polímeros termoendurecibles, ya que la resina puede difundir fácilmente y penetrar entre las fibras de dicho tejido;

-: unas ventajas económicas.

- El o los materiales adhesivos a base de polímero termoendurecible aportan:

-: una buena adhesión directa del núcleo sobre las planchas metálicas, principalmente en acero sea cual sea su estado de superficie (desengrasados, cromados, aceitosos, prepintados),

-: una buena durabilidad de las propiedades adhesivas y cohesivas del núcleo en relación a las agresiones del entorno exterior,

-: unas buenas propiedades mecánicas en términos de rigidez de las planchas y de las piezas realizadas por modelado de dichas planchas,

-: un buen comportamiento en los ciclos de calentamiento de las operaciones de colocación de la pintura de la plancha.

\newpage

En efecto, la o las resinas termoendurecibles difunden hacia el núcleo de las fibras termoplásticas entretejidas en la etapa de impregnación o en el momento del tratamiento térmico final y se fijan mediante unos fenómenos de anclaje mecánicos y/o el establecimiento de las uniones físicas y/o químicas.

En el momento del tratamiento de reticulado de dichas resinas, crean, al endurecerse, una red polimérica térmicamente estable que aprisiona las fibras termoplásticas, de manera que hace desaparecer todos los problemas ligados al reblandecimiento de dichas fibras termoplásticas en el momento de la aplicación de los ciclos de calentamiento posteriores, tales como los que están unidos a las operaciones de pintura de las planchas compuestas citadas anteriormente.

- La asociación del núcleo textil termoplástico y del adhesivo termoendurecible o de los adhesivos termoendurecibles aporta:

-: unas buenas propiedades mecánicas de las piezas principalmente en reposo y al choque,

-: una buena resistencia del núcleo en el momento de dar forma a nivel de las singularidades geométricas.

Todo ello implica la asociación de las características mecánicas intrínsecas de un material polímero termoplástico y de las de materiales polímeros termoendurecibles; globalmente, dicha asociación permite obtener una plancha compuesta a la vez dúctil y tenaz.

En resumen, la plancha compuesta estratificada modelable según la invención presenta a la vez una facilidad de modelado y un buen comportamiento en temperatura, compatible con los tratamientos térmicos que se aplican en el momento de las operaciones de aplicación de pintura de las piezas formadas.

Otras ventajas de la plancha compuesta estratificada modelable según la invención se harán evidentes con la lectura de los ejemplos presentados a continuación a título no limitativo.

Materiales 1) Plancha metálica para los paramentos

- planchas de acero galvanizadas desengrasadas, de grosor de 0,25 mm.

- características mecánicas de las planchas: del tipo ES, presentando un límite elástico de 180 Mpa.

- características del revestimiento galvanizado: 10 \mum por cara.

2) Capa textil para el núcleo

Se utilizaron dos capas textiles con derivaciones: una suministrada por la empresa SOMMER (referencia PR300), la otra suministrada por la empresa THARREAU (referencia BESTER 30); dichas dos capas se prepararon a partir de fibras en polipropileno.

El grosor de las dos capas antes de la impregnación es:

- de 3 mm para la capa PR300,

- de 2,7 mm para la capa BESTER 30.

La masa de superficie de dichas dos capas es de 300 g/m^{2}; el alargamiento por la ruptura está comprendido entre 80% y 90%.

3) Resina termoendurecible

Se utiliza la resina del tipo "epoxi blandecido monocompuesto", referenciado 1493 en la empresa GURIT.

\bullet: Dicha resina se utiliza para unas aplicaciones de pegado estructural de las planchas metálicas en el sector automóvil.

\bullet: Las principales características de dicha resina son, después del endurecimiento completo, es decir en el estado termoendurecido:

-: Módulo de Young (en tracción): del orden de 2000 Mpa

-: Alargamiento por la ruptura en tracción: del orden de 14%

-: Temperatura de transición vidriosa: del orden de 90ºC

-: Porcentaje de cargas minerales: inferiores al 10% (en peso).

Ejemplo 1

Dicho ejemplo tiene como objeto ilustrar un modo de realización de una plancha compuesta estratificada modelable según la invención, a partir de unos componentes descritos en el párrafo de Materiales anterior.

Etapa de impregnación

Se prepara una solución de resina líquida de impregnación, diluyendo, en caliente y bajo agitación, de la resina 1493 en acetona.

Condiciones de la dilución: proporción resina/acetona: 5/3 -temperatura 35 a 40ºC- duración de agitación: entre 3 y 4 horas.

Se empapa a continuación la capa textil (ver capa Materiales, punto 2) en dicha solución, después se calandra la capa impregnada obtenida entre dos rollos para enjuagar dicha capa y eliminar el exceso de solución de impregnación se seca a continuación la capa enjuagada a una temperatura entre 40 y 50ºC durante 15 a 30 minutos hasta la evaporación completa del solvente.

Las condiciones de escurrido se adaptan para obtener una proporción entre el peso de la capa textil impregnada y el peso de resina 1493 de impregnación comprendido entre 2/3 y 1.

Etapa de pegado y de ensamblaje de la plancha compuesta

Con la ayuda de una prensa térmica, se procede a las operaciones siguientes:

-: abordaje de las planchas de paramentos por una parte y por otra del núcleo textil pre-impregnado,

-: introducción del conjunto entre dos bandejas calefactoras,

-: aplicación de un ciclo de calentamiento constituido por una meseta de 1 hora a una temperatura de 160ºC, aplicación de una simple presión de contacto (inferior a 6 \cdot 10^{+5} Pa), adaptado para obtener una plancha cuyo núcleo presenta un grosor comprendido entre 0,9 y 1,1 mm.

Ejemplo comparativo 1

Dicho ejemplo tiene como objeto preparar unas planchas compuestas estratificadas según la técnica anterior, cuyo núcleo es de un material polímero termoplástico o termoendurecido, está desprovisto de una capa textil.

Caso del polipropileno (PP)

La plancha utilizada para los paramentos es idéntica a la descrita en el párrafo de Materiales, con la diferencia cercana de que está pre-enganchada sobre la cara destinada a estar en contacto con el núcleo de una capa adhesiva de grosor de 15 \mum a base de una mezcla de resina epoxi y de polipropileno gravado.

Para el núcleo se utiliza una lámina homogénea a base de polipropileno de grosor del orden de 1 mm.

Se ensambla la plancha compuesta estratificada y se coloca en una prensa térmica bajo una simple presión de contacto; se aplica un ciclo de calentamiento que comporta una meseta de 2 minutos a una temperatura de 200ºC, y después se deja enfriar manteniendo a temperatura ambiente durante por lo menos 24 horas.

Caso del polietilen tereftalato (PET)

La plancha utilizada para los paramentos es idéntica a la descrita en el párrafo de Materiales.

Para el núcleo se utilizan dos hojas superpuestas homogéneas a base de polietilen tereftalato bi-orientado (PET), cada una de un grosor del orden de 0,5 mm.

Como adhesivo entre las dos hojas y en las interfases hoja-paramento, se utiliza una resina endurecible descrita en el párrafo Materiales.

Para fabricar la plancha compuesta estratificada:

-: se diluye la resina termoendurecible tal como se indica en el Ejemplo 1, de forma a obtener una solución líquida de dicha resina, o solución de pegado;

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-: con la ayuda de una barra de revestimiento ("barre coater" en lengua inglesa). Se aplica una capa de la solución de pegado sobre una cara de cada hoja de PET, se seca durante 15 a 30 minutos entre 40 y 50ºC, y se aplican las dos caras pegadas de este modo una contra la otra;

-: a continuación, se aplica una capa de solución de pegado sobre una cara de cada plancha metálica, y se seca igualmente durante 15 a 30 minutos a una temperatura entre 40 y 50ºC;

-: se ensambla la plancha compuesta estratificada y se coloca en una prensa térmica bajo una simple presión de contacto; se aplica un ciclo de calentamiento que comporta una meseta de 1 hora a una temperatura de 160ºC; después se deja enfriar manteniendo a temperatura ambiente durante por lo menos 24 horas.

Todas las operaciones de aplicación de la solución de secado se adaptan para obtener una junta homogénea de pegado, que después del secado y el reticulado, presenta un grosor uniforme del orden de 50 \mum.

Caso de poliuretano (PU)

Para el núcleo se utiliza un material adhesivo a base de poliuretano referenciado como PLIOGRIP 7779 de la compañía ASHLAND; para utilizar dicho adhesivo, se utilizan dos productos suministrados separadamente, la resina y el endurecedor; el reticulado y el endurecimiento de la mezcla de los dos productos se produce a una temperatura ambiente y pueden acelerarse por calentamiento.

Después del endurecimiento, las principales características del material termoendurecido son:

- módulo de Young en tracción del orden de 500 Mpa,

- alargamiento por ruptura en tracción del orden del 75%,

- temperatura de transición vidriosa del orden de -30%.

Para fabricar la plancha compuesta estratificada:

- con la ayuda de una pistola, se aplica sobre una cara de una de las planchas de paramento de los cordones del material adhesivo de diámetro 6 mm, disponiéndolos paralelamente los unos y los otros y despaciosamente de 6 mm, después se dispone sobre dicha cara unas bolas de cristal de calibrado de diámetro de aproximadamente 1 mm.

- se aplica la otra plancha de paramento sobre la cara encolada de este modo y se presiona en frío entre dos bandejas de ensamblaje obtenida a una presión adaptada para obtener la extensión de los cordones del material adhesivo hasta obtener un núcleo homogéneo, sin porosidades ni cavidades.

- manteniendo una simple presión de contacto entre las dos bandejas, se aplica por último un ciclo de calentamiento que comporta una meseta de 2 minutos a una temperatura de 200ºC, y después se deja enfriar manteniendo la temperatura ambiente durante por lo menos 24 horas.

Ejemplo 2

El presente ejemplo tiene como objeto ilustrar la facilidad de modelado por estampado de piezas obtenidas a partir de unas planchas compuestas según la invención.

Para los ensayos, se preparan unos flanes de plancha compuesta estratificada de diámetro de 150 mm.

El ensayo utilizado para evaluar el estampado consiste en estampar unos flanes de plancha compuesta de forma circular para proporcionarles la forma de un godet de fondo hemisférico, y en determinar la profundidad máxima de penetración del punzón de estampación por encima de la que se asistirá a un daño de la plancha, por ruptura o por daño del núcleo.

Para los ensayos, se utiliza una prensa de laboratorio comprendiendo una matriz y una cinta para el flan, a través de los que se desliza un punzón de cabeza hemisférica:

- diámetro de la matriz de estampado: 84,75 mm (con una junta de parada)

- diámetro del punzón: 75 mm

- radio de cobertura del punzón en la cima: 37, 5 mm

Para los ensayos de estampado de los flanes, las condiciones aplicadas son las siguientes:

- Fuerza de cinta del flan: 80 KN, dicha fuerza de cinta de flan permite bloquear completamente los flanes y de este modo desplazarse en unas condiciones de expansión pura.

- Fuerza de estampado: variable, entre 30 y 35 kN

Se procede a diversas series de ensayos para cada tipo de flan de plancha; se retiene el valor medio de los valores de profundidad máxima de estampado obtenidos: los resultados medios para la plancha metálica sola (referencia, Materiales, punto 1) para la plancha compuesta estratificada según la invención del ejemplo 1, y para las planchas según la técnica anterior del ejemplo comparativo 1 se presentan en la Tabla 1.

TABLA I Aptitud en la forma por estampado

Tipo de plancha compuesta	Plancha sola	Ejemplo 1 (invención)	Caso PP	Caso PET	Caso PU
Profundidad máxima de	32	31	31	26	20
estampado (mm)

Se observa por lo tanto que la plancha según la invención puede adquirir la forma tan fácilmente como las planchas metálicas de acero y que las planchas compuestas estratificadas de la técnica anterior que presentan un núcleo homogéneo en polipropileno.

Ejemplo 3

Dicho ejemplo tiene como fin ilustrar el comportamiento en temperatura de las piezas estampadas obtenidas a partir de las planchas compuestas según la invención.

Las probetas estampadas del ejemplo 2 se colocan durante una hora en una estufa a una temperatura de 200ºC; dicho tratamiento corresponde a unas condiciones severas de cocción de la pintura aplicada sobre unas piezas de carrocería de automóvil.

Se observa el aspecto de dichas probetas después de la estancia en la estufa.

El resultado de dichas observaciones pone en evidencia:

-: Un muy buen comportamiento de las probetas estampadas realizadas a partir de las planchas según la invención del ejemplo 1 o a partir de las planchas correspondiente al caso "PU" del ejemplo comparativo 1: no hay una desolidarización de los paramentos, no hay marcas adicionales en la superficie de los paramentos, no hay goteos.

-: Un mal comportamiento de las probetas estampadas a partir de las planchas correspondientes a los casos "PP", "PET" del ejemplo comparativo 1:

\bullet: Caso PP: mal comportamiento que se traduce principalmente en unas pérdidas de polímero de polipropileno en el exterior de los paramentos, principalmente sobre los bordes de las piezas,

\bullet: Caso PET: mal comportamiento que se traduce en la desolidarización completa de los dos paramentos al cabo de 30 minutos en la estufa; el núcleo de PET se ha desenganchado y ha expulsado los dos paramentos metálicos para adoptar su forma plana inicial debido a las tensiones internas generadas a lo largo del estampado en frío que no se han relajado.

En conclusión, de los ejemplos 2 y 3, únicamente la plancha compuesta estratificada según la invención presenta a la vez una gran facilidad de modelado, incluso en unas condiciones severas de deformación, y un buen comportamiento en temperatura, incluso después del modelado y a unas temperaturas que sobrepasan los 160ºC.

Claims

1. Plancha compuesta estratificada modelable que comprende dos paramentos en planchas metálicas unidas por un núcleo formado a partir de por lo menos una capa a base de materiales poliméricos que comprende por lo menos una capa textil continua de fibras poliméricas impregnada de por lo menos un material polímero de impregnación de la capa y de adherencia con dichos paramentos, caracterizada porque:

-: dichas fibras poliméricas son termoplásticas,

-: dicho material polimérico de impregnación y de adherencia es termoendurecido.

2. Plancha según la reivindicación 1, caracterizada porque la capa textil continua presenta un alargamiento por la ruptura en tracción superior a la de los paramentos en planchas metálicas.

3. Plancha según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la capa textil continua presenta prolongaciones.

4. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicho núcleo presenta un grosor homogéneo y superior a 0,1 mm y de masa volumétrica superior a 0,5 kg/dm^{3}.

5. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el peso del material termoendurecido de impregnación representa entre el 30% y el 70% del peso total del núcleo.

6. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dichos paramentos son unas planchas de acero.

7. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el material termoplástico de dichas fibras se selecciona de entre el grupo comprendiendo las poliolefinas, los poliésteres, las poliamidas, los policarbonatos, las poliimidas, los poliacrílicos, los polimetacrílicos o los policloruros de vinilo.

8. Plancha según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el material polímero de impregnación y de adherencia se selecciona de entre el grupo comprendiendo las reinas epoxi, las resinas fenólicas, las resinas de poliuretanos, las resinas formaldehído-cetona, las resinas urea, las resinas melanina, las resinas anilina, las resinas sulfamida, las resinas álcidas, las resinas de poliésteres insaturados, las resinas polibutadienos, las resinas bismaléimidas, las resinas de polivinilbutiral, las resinas isocianatos y las resinas poliimidas.

9. Plancha según las reivindicaciones 7 y 8, caracterizada porque el material termoplástico de dichas fibras es a base de polipropileno, y porque el material polímero de impregnación y de adherencia es a base de resina epoxi.

10. Procedimiento de fabricación de una plancha compuesta estratificada modelable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende:

-: pre-encolado de una cara de por lo menos un paramento en plancha metálica con la ayuda de un material comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible, después

-: aplicación de la cara pre-encolada de dicha plancha metálica sobre una capa textil eventualmente pre-impregnada con la ayuda de una o diversas resinas termoendurecibles, después

-: aplicación de un segundo paramento en plancha metálica, eventualmente pre-encolado con la ayuda de un material comprendiendo por lo menos una resina termoendurecible, sobre la otra cara de dicha capa textil, y a continuación

-: tratamiento de endurecimiento de la o de las resinas termoendurecibles utilizadas.

11. Utilización de la plancha según las reivindicaciones 1 a 9, para la fabricación de piezas de carrocería automóvil modeladas, pintadas, posteriormente tratadas térmicamente.

12. Pieza obtenida según la reivindicación 11, caracterizada porque se modela por estampación.

13. Pieza obtenida según la reivindicación 11, caracterizada porque se modela por plegado.

14. Pieza obtenida según la reivindicación 11, caracterizada porque se modela por perfilado.

15. Pieza obtenida según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada porque está tratada térmicamente a una temperatura superior a 160ºC.

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16. Pieza según la reivindicación 15, caracterizada porque, además, está tratada térmicamente a una temperatura superior a 180ºC.